วงจรไฟฟ้าแบบไม่เชิงเส้น

วัตถุประสงค์ขององค์ประกอบที่ไม่ใช่เชิงเส้นในวงจรไฟฟ้า

วี วงจรไฟฟ้า อาจรวมถึงองค์ประกอบแบบพาสซีฟ ความต้านทานไฟฟ้า ซึ่งขึ้นอยู่กับกระแสหรือความเค้นเป็นหลัก โดยผลที่ได้คือกระแสจะไม่แปรผันโดยตรงกับแรงดัน องค์ประกอบดังกล่าวและวงจรไฟฟ้าที่พวกมันเข้ามาเรียกว่าองค์ประกอบที่ไม่ใช่เชิงเส้น

องค์ประกอบที่ไม่เชิงเส้นให้คุณสมบัติของวงจรไฟฟ้าที่ไม่สามารถบรรลุได้ในวงจรเชิงเส้น (แรงดันไฟฟ้าหรือกระแสคงที่ การขยาย DC เป็นต้น) พวกมันควบคุมไม่ได้และถูกควบคุม... ตัวแรก - ไบโพลาร์ - ได้รับการออกแบบให้ทำงานโดยไม่มีอิทธิพลของปัจจัยควบคุม (เทอร์มิสเตอร์และไดโอดของสารกึ่งตัวนำ) และตัวที่สอง - มัลติโพลาร์ - ใช้เมื่อปัจจัยควบคุมทำหน้าที่กับพวกมัน (ทรานซิสเตอร์ และไทริสเตอร์)

ลักษณะแรงดันปัจจุบันขององค์ประกอบไม่เชิงเส้น

คุณสมบัติทางไฟฟ้าขององค์ประกอบที่ไม่เชิงเส้นคือคุณลักษณะของกระแสและแรงดัน I (U) กราฟที่ได้จากการทดลองซึ่งแสดงการพึ่งพาของกระแสกับแรงดัน ซึ่งบางครั้งก็ทำสูตรเชิงประจักษ์โดยประมาณและสะดวกสำหรับการคำนวณ

องค์ประกอบไม่เชิงเส้นที่ไม่มีการควบคุมมีลักษณะเฉพาะของแรงดันกระแสไฟฟ้าเดียว และองค์ประกอบไม่เชิงเส้นที่ควบคุมมีตระกูลของลักษณะดังกล่าวซึ่งมีพารามิเตอร์เป็นปัจจัยควบคุม

องค์ประกอบเชิงเส้นมีความต้านทานไฟฟ้าคงที่ ดังนั้นคุณลักษณะของกระแส-แรงดันจึงเป็นเส้นตรงที่ผ่านจุดกำเนิด (รูปที่ 1, a)

ลักษณะเฉพาะของแรงดันกระแสไฟฟ้าแบบไม่เชิงเส้นมีรูปร่างแตกต่างกันและแบ่งออกเป็นแบบสมมาตรและไม่สมมาตรตามแกนพิกัด (รูปที่ 1, b, c)

ข้าว. 1. ลักษณะแรงดันไฟฟ้าปัจจุบันขององค์ประกอบแบบพาสซีฟ: a — เชิงเส้น, b — สมมาตรแบบไม่เชิงเส้น, c — ไม่สมมาตรแบบไม่เชิงเส้น

ข้าว. 2. กราฟสำหรับกำหนดความต้านทานคงที่ต่อความแตกต่างขององค์ประกอบที่ไม่ใช่เชิงเส้นในส่วนของลักษณะแรงดันปัจจุบัน: a — ขึ้น, b — ตก

สำหรับองค์ประกอบที่ไม่ใช่เชิงเส้นที่มีลักษณะแรงดันกระแสไฟฟ้าแบบสมมาตรหรือสำหรับองค์ประกอบแบบสมมาตร การเปลี่ยนแปลงทิศทางของแรงดันจะไม่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของค่ากระแสไฟฟ้า (รูปที่ 1, b) และสำหรับองค์ประกอบที่ไม่ใช่เชิงเส้นที่มีแรงดันแบบไม่สมมาตร - ลักษณะกระแสหรือสำหรับองค์ประกอบอสมมาตรที่มีค่าสัมบูรณ์เดียวกันของแรงดันไฟฟ้าที่กำกับในทิศทางตรงกันข้ามกระแสจะแตกต่างกัน (รูปที่ 1, ค) ดังนั้นองค์ประกอบสมมาตรแบบไม่เชิงเส้นจึงถูกนำมาใช้ในวงจรไฟฟ้ากระแสตรงและไฟฟ้ากระแสสลับ และตามกฎแล้วองค์ประกอบที่ไม่สมดุลแบบไม่เชิงเส้นในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับจะแปลงไฟฟ้ากระแสสลับเป็นกระแสไฟฟ้ากระแสตรง

ลักษณะขององค์ประกอบไม่เชิงเส้น

สำหรับแต่ละองค์ประกอบที่ไม่ใช่เชิงเส้น ความต้านทานไฟฟ้าสถิตย์ที่สอดคล้องกับจุดที่กำหนดของคุณลักษณะแรงดันกระแสไฟฟ้าจะแตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น จุด A:

Rst = U / I = muOB / miBA = mr tgα

และค่าความต้านทานดิฟเฟอเรนเชียลสำหรับ จุดเดียวกันถูกกำหนดโดยสูตร:

Rdiff = dU / dI = muDC / miCA = mr tgβ,

โดยที่ mi, mi, sir — สเกลของแรงดัน กระแส และความต้านทานตามลำดับ

ความต้านทานไฟฟ้าสถิตแสดงคุณสมบัติขององค์ประกอบที่ไม่ใช่เชิงเส้นในโหมดกระแสคงที่ และความต้านทานดิฟเฟอเรนเชียล — สำหรับการเบี่ยงเบนเล็กน้อยของกระแสจากค่าสถานะคงที่ การเปลี่ยนแปลงทั้งสองเมื่อผ่านจากจุดหนึ่งและคุณลักษณะของแรงดันกระแสไฟฟ้าไปยังอีกจุดหนึ่ง ตัวแปรแรกเป็นบวกเสมอ และตัวแปรที่สอง: ในส่วนที่เพิ่มขึ้นของคุณลักษณะ แรงดันกระแสไฟฟ้าเป็นบวก และในส่วนลดลงจะเป็นลบ

องค์ประกอบที่ไม่เชิงเส้นยังมีลักษณะเฉพาะด้วยค่าซึ่งกันและกัน: การนำไฟฟ้าสถิต Gst และการนำไฟฟ้าที่แตกต่างกัน G พารามิเตอร์ที่แตกต่างกันหรือไม่มีมิติ —

ความต้านทานสัมพัทธ์:

Kr = — (ผลต่าง /Rst)

หรือการนำไฟฟ้าสัมพัทธ์:

กิโลกรัม = — (Gdifference / Gst)

องค์ประกอบเชิงเส้นมีพารามิเตอร์ Kr และกิโลกรัมเท่ากับหนึ่งและสำหรับองค์ประกอบที่ไม่ใช่เชิงเส้นจะแตกต่างจากองค์ประกอบนั้นและยิ่งแตกต่างจากองค์ประกอบมากเท่าใดวงจรไฟฟ้าก็จะยิ่งแสดงความไม่เป็นเชิงเส้นมากขึ้นเท่านั้น

การคำนวณวงจรไฟฟ้าแบบไม่เชิงเส้น

วงจรไฟฟ้าแบบไม่เชิงเส้นคำนวณแบบกราฟิกและเชิงวิเคราะห์ กฎของเคอร์ชอฟฟ์ และคุณลักษณะของโวลต์แอมแปร์ของแต่ละส่วนประกอบของวงจรไฟฟ้ากระแสสลับสำหรับแปลงไฟฟ้ากระแสสลับเป็นไฟฟ้ากระแสตรง

เมื่อคำนวณวงจรไฟฟ้าแบบกราฟิกด้วยตัวต้านทานแบบไม่เชิงเส้นที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมสองตัว R1 และ R2 ที่มีคุณลักษณะแรงดันกระแสไฟฟ้า Iz (U1) และ Iz (U2) ให้สร้างคุณลักษณะแรงดันกระแสไฟฟ้าของวงจรทั้งหมด Iz (U) โดยที่ U = U1 + U2, abscissas ของจุดที่พบได้โดยการรวม abscissas ของจุดของลักษณะแรงดันไฟฟ้าปัจจุบันของตัวต้านทานแบบไม่เชิงเส้นที่มีพิกัดเท่ากัน (รูปที่ 3, a, b)

ข้าว. 3. ไดอะแกรมและลักษณะของวงจรไฟฟ้าที่ไม่ใช่เชิงเส้น: a — วงจรของการเชื่อมต่อแบบอนุกรมของตัวต้านทานแบบไม่เชิงเส้น, b — ลักษณะเฉพาะของโวลต์แอมแปร์ของแต่ละองค์ประกอบและวงจรแบบอนุกรม, c — แบบแผนของการเชื่อมต่อแบบขนานของตัวต้านทานแบบไม่เชิงเส้น, d — คุณลักษณะของโวลต์แอมแปร์ของแต่ละองค์ประกอบและวงจรขนาน

การปรากฏตัวของเส้นโค้งนี้ช่วยให้แรงดันไฟฟ้า U สามารถค้นหา Az ในปัจจุบัน เช่นเดียวกับแรงดันไฟฟ้า U1 และ U2 ที่ขั้วของตัวต้านทาน

ในทำนองเดียวกันจะทำการคำนวณวงจรไฟฟ้าที่มีตัวต้านทานสองตัวที่เชื่อมต่อแบบขนาน R1 และ R2 ที่มีคุณสมบัติแรงดันกระแส I1 (U) และ Az2 (U) ซึ่งสร้างคุณลักษณะแรงดันกระแสของวงจรทั้งหมด Az(U) โดยที่ Az = I1+I2 ซึ่งใช้แรงดันที่กำหนด คุณ ค้นหากระแส Az , I1, I2 (oriz. 3, c, d).

วิธีการวิเคราะห์สำหรับการคำนวณวงจรไฟฟ้าที่ไม่ใช่เชิงเส้นนั้นขึ้นอยู่กับการนำเสนอลักษณะแรงดันไฟฟ้าขององค์ประกอบที่ไม่ใช่เชิงเส้นผ่านสมการของฟังก์ชันทางคณิตศาสตร์ที่สอดคล้องกัน ซึ่งทำให้สามารถวาดสมการสถานะที่จำเป็นสำหรับวงจรไฟฟ้าได้ .เนื่องจากการแก้สมการแบบไม่เชิงเส้นดังกล่าวมักทำให้เกิดปัญหาอย่างมาก วิธีการวิเคราะห์สำหรับการคำนวณวงจรแบบไม่เชิงเส้นจึงสะดวกเมื่อสามารถยืดส่วนการทำงานของลักษณะแรงดันกระแสไฟฟ้าขององค์ประกอบแบบไม่เชิงเส้นให้ตรงได้ สิ่งนี้ช่วยให้คุณอธิบายสถานะทางไฟฟ้าของวงจรด้วยสมการเชิงเส้นที่ไม่สร้างปัญหาในการแก้ปัญหา

พื้นฐานของวิศวกรรมไฟฟ้า:

เกี่ยวกับความต่างศักย์ แรงเคลื่อนไฟฟ้า และแรงดันไฟฟ้า

กระแสไฟฟ้าในของเหลวและก๊าซ

ความต้านทานไฟฟ้าของสายไฟ

แม่เหล็กและแม่เหล็กไฟฟ้า

เกี่ยวกับสนามแม่เหล็ก โซลินอยด์ และแม่เหล็กไฟฟ้า

การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

การเหนี่ยวนำตัวเองและการเหนี่ยวนำซึ่งกันและกัน

สนามไฟฟ้า การเหนี่ยวนำไฟฟ้าสถิต ความจุ และตัวเก็บประจุ

ไฟฟ้ากระแสสลับคืออะไรและแตกต่างจากไฟฟ้ากระแสตรงอย่างไร